[发明专利]一种类石墨烯包覆富锂层状镍锰酸锂及制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及化学电池领域，尤其涉及一种类石墨烯包覆富锂层状镍锰酸锂及其制备方法，所述类石墨烯包覆富锂层状镍锰酸锂可用于制备锂离子电池正极材料。

背景技术

近年来，以新能源动力为核心的新能源汽车备受瞩目。在各种新能源动力形式中，锂离子电池由于工作电压高，比能量高，无记忆效应，无污染，自放电小，循环寿命长，成为21世纪最有发展前景的理想能源。

锂离子电池发展的关键是正极材料的发展。目前，锂离子电池常用的正极材料主要有钴酸锂，镍酸锂，锰酸锂及磷酸铁锂。其中，锰酸锂具有安全性好，耐过充性好、锰资源丰富、价格低廉及无毒性优点，是最有发展前途的正极材料。锰酸锂主要有尖晶石型LiMn₂O₄和层状LiMnO₂两种类型。尖晶石型LiMn₂O₄虽然安全性好，易合成，但其存在Jahn-Teller效应，在充放电过程中易发生结构畸变，造成容量迅速衰减。层状LiMnO₂是近年来新发展起来的正极材料，具有价格低，比容量高（理论比容量286mAh/g，实际比容量已达到200mAh/g以上）的优势。因此，层状锰酸锂是业界公认最具开发潜力的高能量密度锂离子电池的关键正极材料之一，是目前研究的热点。

对于层状LiMnO₂而言，理想的层状化合物的电化学行为要比中间型的材料好得多。以往研究表明，增强物质结构的稳定性以减少锰在电解液中的溶解是提高层状LiMnO₂电化学性能的关键。研究人员开展了大量研究，如调整合成工艺，控制好产物的粒度与表面积，阳离子的掺杂改性等。其中阳离子的掺杂被认为是改善层状LiMnO₂电化学性能的重要途径之一。因为掺杂合适的元素及合适的剂量能从根本上抑制 Jahn-Teller效应的出现，稳定LiMnO₂层状结构，提高材料的循环稳定性。Ceder等通过第一原理计算后提出用其它+3价的元素(如Ni, Co, Cr, Al, Ca等)掺杂，可避免向尖晶石结构转变，制备层状LiMnO₂并在电化学脱Li过程中稳定其层状结构。通过掺杂虽然收到了一定的效果，但掺杂在增强循环稳定性的同时往往会伴随容量的下降。

研究人员在研究掺杂过程中发现深度掺杂形成固溶体对形成和稳定层状结构非常有意义，进一步研究还发现在掺杂形成固溶体的基础上富锂的材料表现出相当高的结构稳定性和优异的电化学性能。目前已经开发的富锂层状正极材料中，层状化合物Li[(Ni_yMn_1-y)_1-xLi_x]O₂由于具有好的热稳定性能和优良的电化学性能，成为新型锂离子电池中一种非常有前景的正极材料。

层状锰酸锂虽然有诸多优点，但也有自身的缺陷，即如何提高层状LiMnO₂循环性能的同时保证较大的容量和电池的大倍率性能。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种类石墨烯包覆富锂层状镍锰酸锂及其制备方法，所述类石墨烯包覆富锂层状镍锰酸锂，既具有较高的结构稳定性和优异的电化学性能，又有较好的循环稳定性能，旨在解决层状锰酸锂存在的缺陷问题。

本发明的技术方案如下：

一种类石墨烯包覆富锂层状镍锰酸锂的制备方法，其中，所述类石墨烯包覆富锂层状镍锰酸锂的制备方法包括以下步骤：

将液态丙烯腈低聚物溶液在80~300℃下搅拌8-72小时，形成微环化的液态丙烯腈低聚物溶液；将层状镍锰酸锂粉末加入到微环化的液态丙烯腈低聚物溶液中，混合均匀；搅拌后，在80℃下蒸发完全；在220℃下，充分交联；最后在空气气氛下马弗炉中750~900℃煅烧5-40小时，得到所述类石墨烯包覆富锂层状镍锰酸锂。

所述的类石墨烯包覆富锂层状镍锰酸锂的制备方法，其中，所述液态丙烯腈低聚物溶液与层状镍锰酸锂粉末之间的质量比为(0.01-0.8):1。

所述的类石墨烯包覆富锂层状镍锰酸锂的制备方法，其中，所述层状镍锰酸锂粉末为Li[(Ni_yMn_1-y)_1-cLi_c]O₂，其中，y的范围为0-1 ，c的范围为0-0.5。